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  • 頭條安徽南瑞繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)公司科研人員提出新型樓宇直流微電網(wǎng)系統(tǒng)
    2023-02-07 作者:趙先浩、謝紅福 等  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語(yǔ)電力電子技術(shù)的日益成熟及分布式電源、儲(chǔ)能和用戶側(cè)5G基站、電動(dòng)汽車充電樁、數(shù)據(jù)中心、直流家用電器等直流負(fù)荷的廣泛應(yīng)用,推動(dòng)了低壓直流微電網(wǎng)的快速發(fā)展。安徽南瑞繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)有限公司、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心的研究人員趙先浩、謝紅福、劉飛、顧棟杰、任帥,在2022年第8期《電氣技術(shù)》上撰文,提出基于多端口電能路由器的直流微電網(wǎng)典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分析其光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、交流電網(wǎng)及交直流負(fù)荷等多端口接入的功能,介紹直流配電系統(tǒng)保護(hù)策略及接地方式,并采用下垂控制方法,根據(jù)直流母線電壓的變化,協(xié)調(diào)控制光伏、儲(chǔ)能、交流電網(wǎng)、負(fù)荷之間實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式功率平衡。他們最后搭建樓宇低壓直流微電網(wǎng)系統(tǒng),為樓宇內(nèi)LED照明、風(fēng)扇、空調(diào)、空氣凈化器及工業(yè)照明、充電樁、數(shù)據(jù)中心等直流負(fù)荷供電。運(yùn)行及測(cè)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)源荷儲(chǔ)即插即用的接入,提高清潔能源的利用率,并保持安全、高效、可靠地運(yùn)行,具有實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。

    近年來,日益枯竭的化石能源無法滿足人民對(duì)電力的需求及對(duì)高電能質(zhì)量的要求,以光伏、風(fēng)電等清潔能源為主的分布式發(fā)電方式受到廣泛關(guān)注,將分布式電源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷進(jìn)行結(jié)合并通過可控接口與電網(wǎng)進(jìn)行連接的微電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí),電力電子技術(shù)的日益成熟及變頻設(shè)備、電動(dòng)汽車、信息通信設(shè)備、LED照明設(shè)備等直流負(fù)荷的廣泛應(yīng)用,推動(dòng)了直流微電網(wǎng)的快速發(fā)展。相比于交流微電網(wǎng),直流微電網(wǎng)具有線路損耗小、電能質(zhì)量高、供電可靠性高、便于各類電源和負(fù)載接入等優(yōu)點(diǎn)。

    作為直流微電網(wǎng)的核心設(shè)備,電能路由器通過DC-DC變換器對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能單元、交直流負(fù)荷與直流母線進(jìn)行連接,實(shí)現(xiàn)能量流的接入、轉(zhuǎn)化、變換、傳遞和路由處理及信息流和控制流的接入、轉(zhuǎn)化、傳輸和運(yùn)算處理。

    國(guó)內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)相繼開展樓宇直流微電網(wǎng)的研究,主要集中于系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電壓等級(jí)的確定、經(jīng)濟(jì)性分析、供電能力、配電系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)等方面,在工程實(shí)踐應(yīng)用方面較少。本文基于多端口電能路由器的直流微電網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)、保護(hù)策略、電能路由器的功能及控制策略,探討樓宇直流微電網(wǎng)的工程應(yīng)用。

    1 基于多端口電能路由器的直流微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    電能路由器由交流端口、分布式電源及儲(chǔ)能裝置端口、交直流負(fù)荷端口和能量管理系統(tǒng)(energy management system, EMS)控制單元組成,各分布式電源、儲(chǔ)能單元及公共電網(wǎng)通過電力電子變換器連接到直流母線,經(jīng)過電能路由器進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換與分配,EMS控制單元協(xié)調(diào)能量和信息的流動(dòng),給交直流負(fù)載供電,有效整合分布式可再生能源,使分布式可再生能源系統(tǒng)與傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的能源得到高效利用。電能路由器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

    圖1 電能路由器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    1)交流接入端口

    分布式可再生能源由于存在間歇性和隨機(jī)性,且難以實(shí)現(xiàn)高比例接入,為維持重要負(fù)荷端口的正常供電,電能路由器應(yīng)與交流大電網(wǎng)連接,380V交流電接入本文電能路由器經(jīng)AC-DC整流模塊變?yōu)榉€(wěn)定的直流電。

    2)風(fēng)力發(fā)電端口

    相較于雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)和異步風(fēng)力發(fā)電機(jī),永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,發(fā)電效率高,應(yīng)用廣泛,由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率受風(fēng)速大小及風(fēng)向的影響,接入電能路由器時(shí)需先穩(wěn)定其輸出,再通過AC-DC變換器將低壓交流電變換為電能路由器所需直流電壓。

    3)光伏發(fā)電端口

    光伏發(fā)電具有無枯竭危險(xiǎn)、安全可靠、無污染等優(yōu)點(diǎn),利用光伏發(fā)電作為系統(tǒng)能源之一可以有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,光伏由輸入端口接入電能路由器,通過控制DC-DC變換器中的功率開關(guān)管的通斷來調(diào)節(jié)DC-DC變換器的輸入電壓,即光伏的工作電壓,使光伏按照最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking, MPPT)理論工作在最大功率點(diǎn)或在極端情況下工作在恒壓狀態(tài)。

    4)儲(chǔ)能電池端口

    在電能路由器的直流微電網(wǎng)中,接入的分布式電源的輸出功率具有不穩(wěn)定性,當(dāng)分布式電源周圍環(huán)境發(fā)生變化時(shí),其輸出功率也具有較大的波動(dòng)性。電能路由器的直流微電網(wǎng)電壓會(huì)隨著功率的波動(dòng)而波動(dòng),影響內(nèi)部負(fù)荷的正常工作。儲(chǔ)能電池可在光伏能量充裕時(shí)消納多余能量、光伏能量不充裕時(shí)補(bǔ)充不足能量,從而平衡系統(tǒng)能量,穩(wěn)定母線電壓。

    5)交直流負(fù)載端口

    交流負(fù)載端口通過DC-AC變換器將來自直流母線的直流電逆變?yōu)榻涣麟?,為后?jí)負(fù)載提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的交流接口,為端口內(nèi)的交流負(fù)載供電。直流負(fù)載端口與直流母線直接相連,為端口內(nèi)的電動(dòng)汽車充電樁、空調(diào)、照明、數(shù)據(jù)中心、路燈等直流負(fù)載供電。

    6)EMS控制單元

    EMS控制單元作為直流微電網(wǎng)的核心設(shè)備,通過模擬量采集、數(shù)據(jù)通信等方式集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中交流電網(wǎng)、分布式電源、儲(chǔ)能電池及交直流負(fù)載的能量分配,保障直流微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

    2 直流微電網(wǎng)保護(hù)策略

    直流微電網(wǎng)與交流電網(wǎng)一樣,其保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足可靠性、速動(dòng)性、選擇性、經(jīng)濟(jì)性等要求,本文將保護(hù)分為交流側(cè)保護(hù)、直流側(cè)保護(hù)、換流器保護(hù)三部分。

    1)交流側(cè)保護(hù)

    交流側(cè)保護(hù)主要有變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、線路保護(hù)。交流側(cè)故障以線路故障為主,包括單相接地短路、相間短路、兩相接地短路等故障,此外,還有雷擊、雨雪天氣等自然災(zāi)害引起的故障,交流側(cè)保護(hù)可以借鑒交流電網(wǎng)的保護(hù)方案。

    2)直流側(cè)保護(hù)

    直流側(cè)保護(hù)主要有直流母線保護(hù)、直流饋線保護(hù)和負(fù)載保護(hù)。直流母線故障主要有直流母線接地、絕緣下降、交流竄入直流、短路和環(huán)網(wǎng)等故障,針對(duì)上述故障,可在母線側(cè)布置母線保護(hù)裝置及絕緣監(jiān)測(cè)裝置;直流饋線故障主要有接地故障、極間故障及過電壓、過電流故障,應(yīng)對(duì)措施是裝設(shè)饋線保護(hù)裝置;負(fù)載側(cè)故障主要是接入交直流負(fù)載引起的短路、過載等故障,可以通過自身的保護(hù)裝置將故障切除。

    3)換流器保護(hù)

    換流器是直流微電網(wǎng)的核心設(shè)備,主要包括AC-DC換流器、DC-DC換流器及DC-AC換流器,其故障主要為元器件故障及出口處短路故障,主要保護(hù)功能通過換流器自身來實(shí)現(xiàn),如孤島、低電壓穿越、過電壓、過電流、過熱、短路等保護(hù)功能。

    此外,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)柔性直流輸電系統(tǒng)接地方式的研究較為充分,而對(duì)于民用建筑低壓直流用電系統(tǒng)的接地方式鮮有深入研究,缺乏相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。類似于交流系統(tǒng),為保護(hù)人身和設(shè)備安全,直流系統(tǒng)也分為TT、IT、TN三種接地方式,對(duì)于低壓真雙極運(yùn)行的3種接地方式,優(yōu)選中性點(diǎn)不接地,其次為中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地,最后為中性點(diǎn)直接接地。

    3 基于多端口電能路由器的直流協(xié)調(diào)控制策略

    3.1 下垂控制原理

    基于多端口電能路由器的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)多源、多負(fù)荷系統(tǒng),而每個(gè)單元都通過相應(yīng)的電力電子變換器與直流母線相連,母線電壓是反映系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和功率平衡的關(guān)鍵指標(biāo),直流電壓的控制策略主要有主從控制、電壓裕度控制、下垂控制等。下垂控制易于實(shí)現(xiàn)分布式電源的即插即用,且在進(jìn)行運(yùn)行模式切換時(shí)不影響微電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性,因而在直流微電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用。

    本文采用下垂控制,根據(jù)直流母線電壓的變化,協(xié)調(diào)電能路由器工作在不同的狀態(tài),保障直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行,典型下垂曲線表達(dá)式如式(1)所示。

    式(1)

    式(1)中:Udcref為單元變換器的給定輸出電壓;U0為直流母線電壓設(shè)定的期望值;k為下垂曲線系數(shù);I為單元變換器輸出電流。下垂控制就是控制變換器的電壓和電流或者電壓和功率等運(yùn)行在一條下垂曲線上的控制方式,協(xié)調(diào)各換流器功率輸出。

    3.2 電能路由器控制策略

    本文直流微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行,協(xié)調(diào)控制策略如圖2所示,根據(jù)直流母線電壓大小,分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4個(gè)區(qū),U0、UL、UM、UH分別為每種工作模態(tài)對(duì)應(yīng)的母線電壓值。

    圖2 協(xié)調(diào)控制策略

    Ⅰ區(qū):直流母線電壓偏高,儲(chǔ)能電池達(dá)到上限而不能繼續(xù)進(jìn)行充電,可再生能源光伏系統(tǒng)需棄能運(yùn)行,為維持電壓穩(wěn)定,光伏發(fā)電工作在恒壓模式。

    Ⅱ區(qū):可再生能源光伏發(fā)出的功率Ppv大于交直流負(fù)載消耗的功率Pl且有盈余,儲(chǔ)能電池工作在恒流充電模式,光伏發(fā)電端口處于下垂控制,維持直流母線電壓的穩(wěn)定。

    Ⅲ區(qū):可再生能源光伏發(fā)出的功率Ppv不足以提供交直流負(fù)載消耗的功率Pl,為最大限度利用可再生能源,光伏發(fā)電系統(tǒng)始終工作在最大功率跟蹤模式,此時(shí)為了維持母線電壓的穩(wěn)定,儲(chǔ)能電池進(jìn)行放電,工作在下垂控制狀態(tài)。

    Ⅳ區(qū):可再生能源光伏發(fā)出功率Ppv和儲(chǔ)能電池提供的功率Pb之和小于交直流負(fù)載消耗的功率Pl,光伏發(fā)電系統(tǒng)工作在MPPT模式,儲(chǔ)能電池進(jìn)行放電,交流接入端口工作在下垂控制狀態(tài),維持直流母線電壓的穩(wěn)定。

    4 工程案例

    某園區(qū)單棟三層建筑小樓采用直流供電,源端由市電、光伏及儲(chǔ)能電池組成,±375V直流母線雙極運(yùn)行,其中電能路由器容量200kW,光伏總功率71.5kW分兩組配置,功率平均分配,分別連接到正負(fù)母線,儲(chǔ)能分三組配置,一路148A·h接到正極,兩路148A·h接到負(fù)極,出口電壓等級(jí)分別為直流375V、750V兩個(gè)直流電壓等級(jí),核心供電網(wǎng)絡(luò)采用375V作為傳輸通道。直流微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

    圖3 直流微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    4.1 直流負(fù)載

    1)室內(nèi)負(fù)載

    本工程遠(yuǎn)期規(guī)劃滿足三層獨(dú)棟建筑樓宇日常工作、生活及娛樂的電力供應(yīng),目前已完成一層樓宇直流負(fù)載的改造,包括空調(diào)內(nèi)機(jī)、風(fēng)扇、空氣凈化器、室內(nèi)照明,二期增加電磁爐、洗衣機(jī)、冰箱、電飯煲、凈水機(jī)等直流負(fù)載。

    2)室外負(fù)載

    本工程園區(qū)室外負(fù)載為空調(diào)外機(jī)、籃球場(chǎng)照明及直流充電樁,二期計(jì)劃新增直流供電的集智慧照明、視頻監(jiān)控、信息發(fā)布、5G微基站、環(huán)境監(jiān)測(cè)、公共廣播、USB手機(jī)充電、應(yīng)急求助于一體的智慧路燈,直流負(fù)載拓?fù)淙鐖D4所示。

    圖4 直流負(fù)載拓?fù)?/p>

    3)數(shù)據(jù)中心負(fù)載

    本工程園區(qū)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)原方案為市電進(jìn)線柜采用兩進(jìn)線一母聯(lián),分段運(yùn)行方案,兩路市電分別取自兩臺(tái)0.4kV變壓器出線,通過雙電源裝置切換后用于數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)、照明、消防等供電,兩套不間斷電源(UPS)系統(tǒng)市電輸入、旁路輸入分別取自兩段0.4kV配電母線,雙套不間斷電源互為備用,通過UPS配電柜(列頭柜)為數(shù)據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)所有服務(wù)器設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備電源等所有電子信息設(shè)備提供電源。

    為最大程度地利用清潔能源,減少用電量,節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本,現(xiàn)將數(shù)據(jù)中心負(fù)荷經(jīng)Ⅰ段母線通過逆變器接入直流系統(tǒng)◆375V母線上,系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)先使用Ⅰ段母線,當(dāng)Ⅰ段斷電即直流配電設(shè)備故障時(shí),控制器直接切換到Ⅱ段母線,保障數(shù)據(jù)中心交流設(shè)備正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心改造后主接線如圖5所示。

    圖5 數(shù)據(jù)中心改造后主接線

    本工程按電壓等級(jí)分層分區(qū)供電,高電壓等級(jí)的直流負(fù)載布置在室外,低電壓等級(jí)直流負(fù)載布置在室內(nèi),375V出線電壓經(jīng)戶用直流配電箱進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換變?yōu)?8V供電。直流負(fù)載清單見表1。

    表1 直流負(fù)載清單

    4.2 保護(hù)配置

    在保護(hù)配置方面,針對(duì)375V及750V直流饋線上發(fā)生的過電壓、過電流、低電壓、過載等故障,系統(tǒng)采用基于間隔層、協(xié)調(diào)控制層和站控層的三層架構(gòu)直流配電網(wǎng)保護(hù)配置技術(shù)方案,每路饋出配置一套饋線保護(hù)裝置,并且±375V直流母線單獨(dú)配置絕緣監(jiān)測(cè)保護(hù)單元,檢測(cè)母線對(duì)地電壓、母線對(duì)地電阻、支路對(duì)地電阻,同時(shí),對(duì)于電氣設(shè)備采用中性點(diǎn)直接接地方式接地。

    5 試驗(yàn)驗(yàn)證及分析

    投運(yùn)后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試,其中,交流接入端口AC-DC單模塊功率為25kW,光伏接入端口DC-DC單模塊功率為15kW,儲(chǔ)能接入端口DC-DC單模塊功率為15kW。

    5.1 電能路由器端口性能測(cè)試

    1)交流接入端口性能試驗(yàn)

    交流接入端口采用兩個(gè)AC-DC模塊串聯(lián)工作,輸入三相AC 380V,雙極性輸出DC ±375V,施加負(fù)載在750V母線,負(fù)載類型為可調(diào)式電子負(fù)載,光伏換流器模塊及儲(chǔ)能換流器模塊退出運(yùn)行,分別測(cè)試重載(90%)、半載(56%)、輕載(28%)三種情況,如圖6所示。經(jīng)測(cè)試顯示,穩(wěn)壓精度、效率及功率因數(shù)、輸入電流諧波系數(shù)均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

    圖6 交流接入端口測(cè)試

    2)光伏接入端口性能試驗(yàn)

    光伏接入端口采用單臺(tái)光伏換流器模塊工作,單極性輸出DC 375V,施加負(fù)載在375V母線,負(fù)載為可調(diào)式電子負(fù)載,交流接入端口AC-DC模塊及儲(chǔ)能換流器模塊退出運(yùn)行,分別測(cè)試滿載(100%)、半載(50%)、輕載(25%)三種情況,如圖7所示。經(jīng)測(cè)試顯示,穩(wěn)壓精度、效率滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

    圖7 光伏接入端口測(cè)試

    3)儲(chǔ)能接入端口性能試驗(yàn)

    儲(chǔ)能接入端口充電性能測(cè)試采用單臺(tái)儲(chǔ)能換流器模塊工作模式,不施加負(fù)載,交流接入端口AC-DC模塊工作,光伏換流器模塊退出運(yùn)行,如圖8所示。儲(chǔ)能接入端口放電性能測(cè)試采用兩臺(tái)儲(chǔ)能變流器(power conversion system, PCS)模塊并聯(lián)工作模式,施加負(fù)載在375V母線,單極方式運(yùn)行,交流接入端口AC-DC模塊及光伏換流器模塊退出運(yùn)行,如圖9所示。經(jīng)測(cè)試顯示,經(jīng)過一段時(shí)間后,電流緩慢上升至平穩(wěn),儲(chǔ)能接入端口可以實(shí)現(xiàn)充放電功能。

    圖8 儲(chǔ)能電池充電試驗(yàn)

    圖9 儲(chǔ)能電池放電試驗(yàn)

    5.2 電能路由器協(xié)調(diào)控制性能測(cè)試

    直流微電網(wǎng)中光伏、儲(chǔ)能和市電可設(shè)定不同的供電優(yōu)先級(jí),實(shí)現(xiàn)不同的潮流控制策略,本工程設(shè)定系統(tǒng)工作模式見表2,最大程度地優(yōu)先利用光伏和儲(chǔ)能供電。

    表2 系統(tǒng)工作模式

    本試驗(yàn)中負(fù)載為可調(diào)式電子負(fù)載,電能路由器協(xié)調(diào)控制性能測(cè)試如圖10所示,圖10中母線電壓指DC 375V母線電壓,儲(chǔ)能指儲(chǔ)能模塊功率曲線,負(fù)載指負(fù)載功率曲線,光伏指光伏模塊功率曲線,AC-DC模塊指AC-DC模塊功率曲線。

    圖10 電能路由器協(xié)調(diào)控制性能測(cè)試

    1)加入負(fù)載,此時(shí)光伏發(fā)電端口模塊輸出功率大于負(fù)載消耗功率,儲(chǔ)能電池端口模塊吸收多余功率對(duì)電池進(jìn)行充電,交流接入端口AC-DC模塊待機(jī)無輸出,母線電壓由光伏發(fā)電端口模塊維持在381.9V,如圖10(a)所示。

    2)負(fù)載增加,光伏發(fā)電端口模塊無法提供足夠功率,轉(zhuǎn)由光伏及儲(chǔ)能聯(lián)合向負(fù)載供能,交流接入端口AC-DC模塊待機(jī)無輸出,如圖10(b)所示。

    3)負(fù)載持續(xù)加大,儲(chǔ)能及光伏聯(lián)合供能不能滿足需求,交流接入端口AC-DC模塊工作并維持電壓穩(wěn)定至376.3V,如圖10(b)所示。

    4)負(fù)載減小,儲(chǔ)能及光伏聯(lián)合供能可以滿足需求,交流接入端口AC-DC模塊退出工作,此時(shí)母線電壓抬升,維持在378.4V左右,如圖10(c)所示。

    5)負(fù)載切除,光伏輸出功率充足且有盈余,儲(chǔ)能從光伏吸收能量對(duì)電池進(jìn)行充電,此時(shí)光伏工作在恒壓狀態(tài)并維持母線電壓在382.7V且較為穩(wěn)定,如圖10(d)所示。

    6)光伏退出運(yùn)行,增加負(fù)載,儲(chǔ)能放電功率大于負(fù)載消耗功率,交流接入端口AC-DC模塊處于待機(jī)狀態(tài),儲(chǔ)能電池端口模塊進(jìn)行放電,母線電壓降低至377.2V,如圖10(e)所示。

    7)持續(xù)增加負(fù)載,儲(chǔ)能電池端口模塊進(jìn)行放電,放電功率不能滿足負(fù)載需求,交流接入端口AC-DC模塊工作,維持母線電壓至376.2V,如圖10(f)所示。

    8)持續(xù)增加負(fù)載,儲(chǔ)能電池端口模塊放電功率不變,交流接入端口AC-DC模塊輸出功率增大,維持母線電壓穩(wěn)定至375.9V,如圖10(g)所示。

    9)減小負(fù)載,儲(chǔ)能電池端口模塊放電功率不變,交流接入端口AC-DC模塊輸出功率減小,維持母線穩(wěn)定至376.2V,如圖10(h)所示。

    5.3 效益分析

    本工程已穩(wěn)定運(yùn)行兩年有余,光伏、儲(chǔ)能、負(fù)載累計(jì)電量見表3。

    表3 系統(tǒng)累計(jì)電量(單位:kW·h)

    本工程優(yōu)先光伏出力,就地消納清潔能源,盈余部分給儲(chǔ)能電池充電,儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑光伏發(fā)電輸出能量波動(dòng),交流電網(wǎng)支撐直流系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,光伏累計(jì)發(fā)電量6719.95kW·h,累計(jì)CO2減排量2.69t,累計(jì)SO2減排量6.71t,累計(jì)減排標(biāo)準(zhǔn)煤0.20t,累計(jì)獲得經(jīng)濟(jì)收益0.59萬(wàn)元,實(shí)現(xiàn)了安全、高效、高可靠、節(jié)能環(huán)保的樓宇直流供電模式。

    6 結(jié)論

    電能路由器具備各端口模擬量采集、狀態(tài)監(jiān)視及新能源接入功能,本文首先對(duì)電能路由器交流接入端口、光伏發(fā)電接入端口進(jìn)行滿載運(yùn)行、半載運(yùn)行及輕載運(yùn)行功能測(cè)試,對(duì)儲(chǔ)能電池接入端口分別進(jìn)行充放電測(cè)試,結(jié)果表明穩(wěn)壓精度、效率及功率因數(shù)、輸入電流諧波系數(shù)等均滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

    其次,對(duì)電能路由器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制測(cè)試,分別進(jìn)行“光-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)運(yùn)行、“儲(chǔ)-荷”協(xié)調(diào)運(yùn)行、“源-儲(chǔ)-荷”協(xié)調(diào)運(yùn)行、“光-儲(chǔ)-荷”協(xié)調(diào)運(yùn)行、“源-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)運(yùn)行、“源-光-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)運(yùn)行等實(shí)際工況模擬測(cè)試,電能路由器裝置多端口接入運(yùn)行時(shí),根據(jù)設(shè)定的協(xié)調(diào)控制策略,能夠?qū)崿F(xiàn)直流微電網(wǎng)內(nèi)光伏、儲(chǔ)能及負(fù)荷的主動(dòng)式功率平衡,可靠、靈活、高效地接入分布式能源,大幅度提高清潔能源的利用率。

    最后,實(shí)際工程中也存在一些問題,如直流配用電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚不完善,用電側(cè)配套設(shè)備缺乏,相關(guān)技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展,直流配電的大規(guī)模普及可能需要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展的過程,本文可為樓宇直流微電網(wǎng)的理論研究與工程實(shí)踐提供參考。

    本文編自2022年第8期《電氣技術(shù)》,論文標(biāo)題為“基于多端口電能路由器的樓宇直流微電網(wǎng)研究與應(yīng)用”,作者為趙先浩、謝紅福等。